JPH10233305A - Voltage nonlinear resistor - Google Patents

Voltage nonlinear resistor

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JPH10233305A
JPH10233305A JP9037204A JP3720497A JPH10233305A JP H10233305 A JPH10233305 A JP H10233305A JP 9037204 A JP9037204 A JP 9037204A JP 3720497 A JP3720497 A JP 3720497A JP H10233305 A JPH10233305 A JP H10233305A
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JP
Japan
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atomic
resistor
zno
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voltage
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JP9037204A
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Japanese (ja)
Inventor
Toyoshige Sakaguchi
豊重 坂口
Akinori Tanaka
顕紀 田中
Koichi Tsuda
孝一 津田
Kazuo Koe
和郎 向江
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a voltage nonlinear resistor comprising ZnO as a main component which is highly reliable without causing any thermal runaway. SOLUTION: ZnO is provided as a main component, to which accessory components are added including, all by atomic ratio of metallic element, 0.08-5.0at%, in total, of at least one rare-earth element, 0.1-10.0at% of cobalt, 0.1-0.5at% of calcium, 0.01-1.0at%, in total, of at least one of potassium, cesium and rubidium, 0.1-0.6at% of chromium, 1×10<-4> -5×10<-2> at.%, in total, of at least one of aluminum, gallium and indium, 0.5-2.0at% of antimony, and 0.2-1.5at% of bismuth, followed by sintering to provide a resistor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電圧非直線抵抗体、
詳しくは過電圧保護用素子として用いられる酸化亜鉛(Z
nO) を主成分とした電圧非直線抵抗体に関する。
The present invention relates to a voltage non-linear resistor,
For details, use zinc oxide (Z
nO) as a main component.

【0002】[0002]

【従来の技術】ZnO を主成分とした電圧非直線抵抗体は
一般に制限電圧が低く、電圧非直線指数が大きいなどの
特徴を有している。そのため半導体素子のような過電流
耐量の小さいもので構成される機器の過電圧に対する保
護、もしくは電力機器の保護を目的とするアレスタ素子
として広く利用されている。
2. Description of the Related Art A voltage non-linear resistor mainly composed of ZnO has characteristics such as a low limit voltage and a large voltage non-linear index. Therefore, it is widely used as an arrester element for the purpose of protection against overvoltage of a device constituted by a device having a small overcurrent capability such as a semiconductor device or protection of a power device.

【0003】これに関して、例えば酸化亜鉛(ZnO) を主
成分とし、これに副成分としていずれも金属元素の原子
比で、少なくとも一種の稀土類元素を総量で0.08〜5.0
原子%、コバルト(Co)を0.1 〜10.0原子%、マグネシウ
ム(Mg)、カルシウム(Ca)のうち少なくとも一種を0.01〜
5.0 原子%、カリウム(K) 、セシウム(Cs)、ルビジウム
(Rb)のうち少なくとも一種を総量で0.01〜1.0 原子%、
クロム(Cr)を0.01〜1.0 原子%、ホウ素(B) を5 ×10-4
〜1 ×10-1原子%、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、
インジウム(In)のうち少なくとも一種を総量で1 ×10-4
〜5 ×10-2原子%の範囲で添加し焼成することにより優
れた電圧非直線抵抗体を製造できることが特公平1−2
5205号に記されている。
In this connection, for example, zinc oxide (ZnO) is used as a main component, and at least one rare earth element in a total amount of 0.08 to 5.0 as an auxiliary component in an atomic ratio of a metal element.
Atomic%, cobalt (Co) 0.1 to 10.0 atomic%, magnesium (Mg), at least one of calcium (Ca)
5.0 atomic%, potassium (K), cesium (Cs), rubidium
At least one of (Rb) in a total amount of 0.01 to 1.0 atomic%,
Chromium (Cr) 0.01 to 1.0 atomic%, boron (B) 5 × 10 -4
~ 1 × 10 -1 atomic%, aluminum (Al), gallium (Ga),
At least one of indium (In) is 1 × 10 -4 in total amount
It is found that an excellent voltage non-linear resistor can be manufactured by adding and firing in the range of 5 × 10 -2 atomic%.
No. 5205.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
酸化亜鉛(ZnO) を主成分とする電圧非直線抵抗体(以下
ZnO 抵抗体と称する)にも以下に述べるような問題があ
る。ZnO 抵抗体は、その優れた非直線性のために直列ギ
ャップ等を付加することなく、直接電源ライン等に接続
されて使用される。このような従来の抵抗体では、常
時、課電状態で流れる漏れ電流は非常に小さいが、長時
間課電による劣化や、サージ吸収による劣化で次第に漏
れ電流が増加し、その増加した電流により発熱して、つ
いには発、放熱の均衡が崩れて熱暴走を起こす場合があ
る。
However, as described above, a voltage non-linear resistor (hereinafter, referred to as a zinc oxide (ZnO)) as a main component (hereinafter referred to as a zinc oxide (ZnO)).
ZnO resistors) also have the following problems. The ZnO resistor is used by being directly connected to a power supply line or the like without adding a series gap or the like due to its excellent nonlinearity. In such a conventional resistor, the leakage current flowing in an applied state at all times is very small, but the leakage current gradually increases due to deterioration due to long-time application of power or deterioration due to surge absorption, and heat is generated by the increased current. Eventually, the balance of emission and heat radiation may be disrupted, causing thermal runaway.

【0005】そのようなZnO 抵抗体の熱暴走を抑えるた
めには、課電率(電流1mA 通電時のZnO 抵抗体の端子間
電圧に対する実際の印加電圧の割合)を抑えて使用する
ことが考えられ、またほかに、許容電力を大きくするこ
と等が考えられる。ここで許容電力とは、ZnO 抵抗体の
寿命の目安となるもので、印加して10分以内で電流が増
大する定電圧のうち、最小の定電圧を選び、その最小定
電圧と、その最小定電圧を印加した際の初期電流との積
で定義される。この許容電力は、寿命試験の簡便な代替
法として用いられる。許容電力の大きいZnO 抵抗体は、
熱暴走を起こさず、信頼性が高い。
In order to suppress such thermal runaway of the ZnO resistor, it is conceivable to use it while suppressing the power application rate (the ratio of the actual applied voltage to the terminal voltage of the ZnO resistor when a current of 1 mA is applied). In addition, it is conceivable to increase the allowable power. Here, the permissible power is a measure of the life of the ZnO resistor, and the minimum constant voltage is selected from the constant voltages whose current increases within 10 minutes after application. It is defined by the product of the initial current when a constant voltage is applied. This allowable power is used as a simple alternative to life testing. A ZnO resistor with a large allowable power is
High reliability without heat runaway.

【0006】ZnO 抵抗体の漏れ電流を小さくしたり、許
容電力を大きくしたりする方法としては、ZnO 抵抗体を
酸素雰囲気で焼結する方法、あるいはZnO 抵抗体のAlの
添加量を小さくする方法、燒結体を熱処理する方法など
が考えられた。しかし、そのようなZnO 抵抗体を酸素雰
囲気中で焼成したり、あるいは抵抗体のAlの添加量を小
さくしたりする方法は、大電流域での制限電圧を高くす
るという欠点があり、また、燒結体を熱処理する方法は
熱処理をする分、費用が余計にかかるという問題があ
る。
As a method of reducing the leakage current of the ZnO resistor or increasing the allowable power, a method of sintering the ZnO resistor in an oxygen atmosphere or a method of reducing the amount of Al added to the ZnO resistor is used. A method of heat-treating the sintered body was considered. However, the method of firing such a ZnO resistor in an oxygen atmosphere or reducing the amount of Al added to the resistor has a disadvantage that the limiting voltage in a large current region is increased, and The method of heat-treating the sintered body has a problem that extra cost is required for the heat treatment.

【0007】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は熱処理をおこなうことなく、電圧非直
線性等の諸電気特性を低下させることなく、従来の電圧
非直線抵抗体より許容電力が飛躍的に大きい、すなわち
寿命特性を大幅に向上せしめた電圧非直線抵抗体を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to reduce the electric characteristics such as voltage non-linearity without performing heat treatment and to reduce the voltage non-linear resistance of a conventional voltage non-linear resistor. It is an object of the present invention to provide a voltage non-linear resistor having a remarkably large allowable power, that is, a life characteristic greatly improved.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、ZnO を主成分とし、種々の副成分を加えたZnO抵
抗体を試作し、許容電力を評価して最適な組成範囲を決
定した。すなわち、本発明の電圧非直線抵抗体は、ZnO
を主成分とし、これに副成分としていずれも金属元素の
原子比で少なくとも一種の稀土類元素を総量で0.08〜5.
0 原子%、Coを0.1 〜10.0原子%、 Ca を0.1 〜1.0 原
子%、K 、Cs、Rbのうち少なくとも一種を0.01〜1.0 原
子%、Crを0.1 〜1.0 原子%、 Al 、Ga、Inのうち少な
くとも一種を総量で1 ×10-4〜5 ×10-2原子%添加した
基本組成に、更にSbを0.5 〜2.0 原子%、Biを0.2 〜1.
5 原子%の範囲で添加し焼成したものとする。
In order to solve the above-mentioned problems, a ZnO resistor having ZnO as a main component and various sub-components added thereto is prototyped, and allowable power is evaluated to determine an optimum composition range. did. That is, the voltage non-linear resistor of the present invention is ZnO
As a main component, and at least one rare earth element in a total amount of 0.08 to 5.
0 atomic%, 0.1 to 10.0 atomic% of Co, 0.1 to 1.0 atomic% of Ca, 0.01 to 1.0 atomic% of at least one of K, Cs and Rb, 0.1 to 1.0 atomic% of Cr, Al, Ga, In At least one of them has a total composition of 1 × 10 −4 to 5 × 10 −2 at %, and further contains 0.5 to 2.0 at% of Sb and 0.2 to 1.0 at% of Bi.
It shall be added and fired in the range of 5 atomic%.

【0009】また、他の手段として副成分として上記に
加え、B を5 ×10-4〜1 ×10-1原子%の範囲で添加し焼
成したものとする。上記本発明にかかる非直線抵抗体の
組成範囲は、特公平1−25205号公報に開示されて
いる電圧非直線抵抗体の成分の内Caの添加量を限定し、
Sb、Biを加えたようなものとなった。
As another means, it is assumed that B is added in the range of 5 × 10 -4 to 1 × 10 -1 atomic% in addition to the above as an auxiliary component, followed by firing. The composition range of the non-linear resistor according to the present invention limits the amount of Ca added in the components of the voltage non-linear resistor disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-25205,
It was like adding Sb and Bi.

【0010】Sb、Biを加えることによって許容電力が増
加するメカニズムは解明されていない。しかし、許容電
力がZnO 抵抗体の寿命特性を反映していることから、あ
る量のSb、Biの添加が寿命特性を向上、すなわち劣化を
抑制していると考えることができる。ZnO 抵抗体の劣化
は結晶粒界近傍の格子間Znイオンのマイグレーションに
よるものであると考えられている。よって、Sb、Biのイ
オンは結晶粒界近傍においてZnO の格子間に入り、Znイ
オンの電界による移動を妨げており、その結果劣化が抑
制されると考えられる。
The mechanism by which the allowable power is increased by adding Sb and Bi has not been elucidated. However, since the allowable power reflects the life characteristics of the ZnO resistor, it can be considered that the addition of a certain amount of Sb or Bi improves the life characteristics, that is, suppresses the deterioration. It is believed that the degradation of the ZnO resistor is due to migration of interstitial Zn ions near the grain boundaries. Therefore, it is considered that the ions of Sb and Bi enter between the ZnO lattices near the crystal grain boundaries and hinder the movement of the Zn ions by the electric field, and as a result, deterioration is suppressed.

【0011】またこの効果はホウ素を微量添加したZnO
抵抗体においても変わらない。更に粒径が大きく作用の
あるホウ素を添加すると、ホウ素は蒸気圧の高い元素で
あるため周辺部の濃度が低くなり、中心部に対して周辺
部の粒径を小さくする。そのため従来、電流が集中しが
ちであった周辺部の電流分担を少なくする。なお、Sb、
Biを含む電圧非直線抵抗体は、例えば特公昭57-49124
号、特公昭63-29803号、特公平2-49525 号公報に記載さ
れているが、それらはいずれもMnおよびSiの酸化物を必
要成分としている。
[0011] This effect is also achieved by adding ZnO with a small amount of boron.
The same holds true for resistors. Further, when boron having a large particle size is added, boron is an element having a high vapor pressure, so that the concentration in the peripheral portion is reduced, and the particle size in the peripheral portion is smaller than that in the central portion. Therefore, the current sharing in the peripheral portion, where the current tends to concentrate in the past, is reduced. Note that Sb,
A voltage non-linear resistor containing Bi is described, for example, in Japanese Patent Publication No. 57-49124.
And JP-B-63-29803 and JP-B-2-49525, all of which contain oxides of Mn and Si as necessary components.

【0012】これに対し、本発明の電圧非直線抵抗体
は、MnおよびSiの酸化物を必要成分としていない。特に
Siが混入すると、低電流領域での抵抗が低下し、安定し
た電圧非直線性が得られなくなるので、成分から除外し
ており、前記公知例とは別のものである。
On the other hand, the voltage nonlinear resistor of the present invention does not contain oxides of Mn and Si as necessary components. Especially
If Si is mixed in, the resistance in the low current region decreases, and stable voltage non-linearity cannot be obtained. Therefore, it is excluded from the components and is different from the above-mentioned known example.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明による電圧非直線抵抗体は、ZnO と添加成
分の金属または化合物の混合物を酸素含有雰囲気のもと
で高温焼成し、燒結させることによって製造される。添
加成分は金属酸化物の形で添加されるが、焼成過程で酸
化物になり得る化合物、例えば炭酸塩、水酸化物、沸化
物およびその溶液なども用いることができ、あるいは単
体元素の形で用い、焼成過程で酸化物にすることもでき
る。
Embodiments of the present invention will be described below. The voltage non-linear resistor according to the present invention is manufactured by firing a mixture of ZnO and a metal or a compound as an additional component at a high temperature in an oxygen-containing atmosphere and sintering the mixture. The additional component is added in the form of a metal oxide, but a compound that can be converted into an oxide in the firing step, for example, a carbonate, a hydroxide, a boride and a solution thereof, or the like can be used, or in the form of a single element. It can be used and converted into an oxide during the firing process.

【0014】次に、本発明による電圧非直線抵抗体の具
体的な例について述べる。 [実施例1]表1は電圧非直線抵抗体の配合組成と電気
的特性の測定結果である。
Next, a specific example of the voltage non-linear resistor according to the present invention will be described. [Example 1] Table 1 shows the measurement results of the composition and electrical characteristics of the voltage nonlinear resistor.

【0015】[0015]

【表1】 [Table 1]

【0016】ZnO 粉末に、酸化プラセオジム(Pr6O11)、
酸化コバルト(Co3O4) 、炭酸カルシウム(CaCO3) 、炭酸
カリウム(K2CO3) 、酸化クロム(Cr2O3) 、酸化アルミニ
ウム(Al2O3)、酸化ビスマス(Bi2O3) 、酸化アンチモン
(Sb2O3) 粉末を、表1に記載した所定の原子%に相当す
る量で添加し、バインダーを加えて十分に混合した後、
直径17mmの円盤状に加圧成形し、1100〜1400℃の空気中
で1 時間焼成して燒結体を得た。この表1 に示した配合
組成は、配合された原料中の各成分金属元素の原子数の
総和に対する添加元素の原子数の比から算出した原子%
で表してある。
Praseodymium oxide (Pr 6 O 11 ), ZnO powder,
Cobalt oxide (Co 3 O 4 ), calcium carbonate (CaCO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3) ), Antimony oxide
(Sb 2 O 3 ) powder was added in an amount corresponding to the specified atomic% shown in Table 1, and after adding a binder and mixing well,
It was pressed into a disk having a diameter of 17 mm and fired in air at 1100 to 1400 ° C for 1 hour to obtain a sintered body. The composition shown in Table 1 is the atomic% calculated from the ratio of the number of atoms of the additive element to the total number of atoms of each component metal element in the blended raw material.
It is represented by

【0017】得られた燒結体を厚さ1mm の試料に研磨
し、抵抗体の電気特性を測定した。電気特性としては抵
抗体に1mA の電流を流したときの端子間電圧であるV1m
A、および許容電力を求めた。なお、許容電力は使用状
態においてサージを吸収した場合や課電劣化などにより
漏れ電流が増大して温度が上昇した場合を考慮して、恒
温槽内で105 ℃の温度で測定した。
The obtained sintered body was polished into a sample having a thickness of 1 mm, and the electrical characteristics of the resistor were measured. The electrical characteristics are V1m, which is the voltage between terminals when a current of 1 mA flows through the resistor.
A and allowable power were determined. The allowable power was measured at a temperature of 105 ° C. in a thermostatic chamber in consideration of a case where a surge was absorbed in a use state or a case where a leakage current was increased due to deterioration due to voltage application and a temperature was raised.

【0018】なお、表1の各試料は、焼成温度の調節に
よりバリスタ電圧( すなわち単位厚さ当たりのV1mA=V1m
A/t)を180 ないし220V/mm にしている。表1の試料No.1
は、ZnO にプラセオジム(Pr)、Co、Ca、K 、Cr、Alを添
加して( すなわちBi、Sbを添加しないで) 製造したもの
である。表1には、この試料の許容電力を基準とし、そ
れに対する倍率である許容電力比として、各試料の許容
電力の測定結果も示した。従って、この比の値は大きい
程よい。
Each of the samples in Table 1 was prepared by adjusting the firing temperature so that the varistor voltage (ie, V1mA per unit thickness = V1m) was obtained.
A / t) is set to 180 to 220V / mm. Sample No. 1 in Table 1
Is manufactured by adding praseodymium (Pr), Co, Ca, K, Cr and Al to ZnO (that is, without adding Bi and Sb). Table 1 also shows the measurement results of the allowable power of each sample as an allowable power ratio, which is a magnification with respect to the allowable power of this sample. Therefore, the larger the value of this ratio, the better.

【0019】先ず、試料No.2〜7 から、Sb添加の効果が
読み取れる。すなわち、許容電力比の大きいのは試料N
o.3〜6 であることから、適切なSb成分比としては、0.5
〜2.0 原子%であることがわかる。試料No.8〜12およ
び先のNo.4から、Bi添加の効果が読み取れる。すなわ
ち、許容電力比の大きいのは試料No.4およびNo.9〜11で
あることから、適切なBi成分比としては、0.2 〜1.5 原
子%であることがわかる。また、Sb、Biを加えた試料N
o.2〜12では、長期印加試験後のもれ電流が、試料No.1
に比較して約20〜30%低減される効果も見られた。
First, the effects of Sb addition can be read from Sample Nos. 2 to 7. In other words, sample N has the larger allowable power ratio.
o.3 to 6, an appropriate Sb component ratio is 0.5
It can be seen that it is about 2.0 atomic%. From the samples Nos. 8 to 12 and No. 4, the effect of the addition of Bi can be read. That is, since the sample Nos. 4 and 9 to 11 have the large allowable power ratios, it can be seen that the appropriate Bi component ratio is 0.2 to 1.5 atomic%. Sample N to which Sb and Bi were added
In o.2 to 12, the leakage current after the long-term application test was
The effect was also reduced by about 20 to 30% compared to.

【0020】続く試料No.13 〜42は、Sb、Biを適量に固
定したうえで、基本的な組成のZnO抵抗体に副成分とし
て添加されるPr、Co、Ca、K 、CrおよびAlの適当な範囲
を調べた結果である。例えばPrの添加量を変えた試料N
o.38 〜42では、試料No.39 〜41の許容電力比が1より
大きいことから、適切なPr成分比としては、0.08〜5.0
原子%であることがわかる。Coの添加量を変えた試料N
o.33 〜37から適切なCo成分比としては、0.1 〜10.0原
子%、Caの添加量を変えた試料No.28 〜32から適切なCa
成分比としては、0.1 〜1.0 原子%、K の添加量を変え
た試料No.23 〜27から適切なK 成分比としては、0.01〜
1.0 原子%、Crの添加量を変えた試料No.18〜22から適
切なCr成分比としては、0.01〜1.0 原子%、Alの添加量
を変えた試料No.13 〜17から適切なAl成分比としては、
0.0001〜0.05原子%であることがそれぞれわかる。
The following samples Nos. 13 to 42 were prepared by fixing Pr, Co, Ca, K, Cr and Al added as sub-components to the basic composition ZnO resistor after fixing Sb and Bi in an appropriate amount. This is the result of examining an appropriate range. For example, sample N in which the amount of added Pr was changed
In o.38 to 42, since the allowable power ratio of sample Nos. 39 to 41 is larger than 1, an appropriate Pr component ratio is 0.08 to 5.0
It can be seen that the content is atomic%. Sample N with different amount of Co added
The appropriate Co component ratio from o.33 to 37 is 0.1 to 10.0 atomic%, and the appropriate Ca
From the sample Nos. 23 to 27 in which the addition ratio of K was varied from 0.1 to 1.0 atomic% as the component ratio, the appropriate K component ratio was 0.01 to 1.0 atomic%.
The appropriate Cr component ratio from Sample Nos. 18 to 22 with 1.0 atomic% and the added amount of Cr is 0.01 to 1.0 atomic%, and the appropriate Al component from Sample Nos. 13 to 17 with the added amount of Al changed. As a ratio,
It can be seen that the content is 0.0001 to 0.05 atomic%.

【0021】すなわち、Pr、Co、Ca、K 、Cr、Al、Sb、
Biの添加量を上記範囲に限定することにより、許容電力
が大きいZnO 抵抗体が得られた。 [実施例2]表2は電圧非直線抵抗体の配合組成と電気
的特性の測定結果である。
That is, Pr, Co, Ca, K, Cr, Al, Sb,
By limiting the amount of Bi added to the above range, a ZnO resistor having a large allowable power was obtained. Example 2 Table 2 shows the results of measurement of the composition and electrical characteristics of the voltage non-linear resistor.

【0022】[0022]

【表2】 [Table 2]

【0023】ZnO 粉末に、Pr6O11、Co3O4 、CaCO3 、K2
CO3 、Cr2O3 、酸化ホウ素(B2O3)、Al2O3 、酸化アンチ
モン(Sb2O3) 、酸化ビスマス(Bi2O3) 粉末を、表2に記
載した所定の原子%に相当する量で添加し、バインダー
を加えて十分に混合した後、直径17mmの円盤状に加圧成
形し、1100〜1400℃の空気中で1 時間焼成して燒結体を
得た。微量のホウ素添加は、ZnO 抵抗体の焼成後の結晶
粒度分布を変え、周辺部の粒径を小さくして応力分布を
滑らかにし、ZnO 抵抗体のサージ耐量を増大させること
が知られている。
[0023] ZnO powder, Pr 6 O 11, Co 3 O 4, CaCO 3, K 2
CO 3 , Cr 2 O 3 , boron oxide (B 2 O 3 ), Al 2 O 3 , antimony oxide (Sb 2 O 3 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) %, And the mixture was sufficiently mixed with a binder. The mixture was pressed into a disk having a diameter of 17 mm and fired in air at 1100 to 1400 ° C. for 1 hour to obtain a sintered body. It is known that the addition of a small amount of boron changes the grain size distribution of the ZnO resistor after firing, reduces the peripheral grain size, smoothes the stress distribution, and increases the surge resistance of the ZnO resistor.

【0024】表2に許容電力の測定結果も示した。表2
の試料No.101は、ZnO にPr、Co、Ca、K 、Cr、B 、Alを
添加して( すなわちSb、Biを添加しないで) 製造したも
のである。表には、この試料の許容電力を基準とし、そ
れに対する倍率である許容電力比を表してある。従っ
て、この比の値は大きい程よい。なお、表2の試料は実
施例1と同様にバリスタ電圧(単位厚さ当たりのV1mA=V
1mA/t)を180 ないし220V/mm にしている。
Table 2 also shows the measurement results of the allowable power. Table 2
Sample No. 101 was prepared by adding Pr, Co, Ca, K, Cr, B, and Al to ZnO (ie, without adding Sb and Bi). In the table, the allowable power ratio, which is a magnification with respect to the allowable power of the sample, is shown. Therefore, the larger the value of this ratio, the better. The varistor voltage (V1mA per unit thickness = V1mA = V
1mA / t) is set to 180 to 220V / mm.

【0025】先ず、試料No.102〜107 から、Sb添加の効
果が読み取れる。すなわち、許容電力表面層の大きいの
は試料No.103〜106 であることから、適切なSb成分比と
しては、0.5 〜2.0 原子%であることがわかる。試料N
o.104および次のNo.108〜112から、Bi添加の効果が読み
取れる。すなわち、許容電力表面層の大きいのは試料10
4 およびNo.109〜111 であることから、適切なBi成分比
としては、0.2 〜1.5原子%であることがわかる。
First, the effects of Sb addition can be read from Sample Nos. 102 to 107. That is, since the sample Nos. 103 to 106 have a large allowable power surface layer, it is understood that the appropriate Sb component ratio is 0.5 to 2.0 atomic%. Sample N
From o.104 and the following Nos. 108 to 112, the effect of adding Bi can be read. That is, the allowable power surface layer is large for sample 10
4 and Nos. 109 to 111, it is understood that a suitable Bi component ratio is 0.2 to 1.5 atomic%.

【0026】続く試料No.113〜148 と先の No.104 を合
わせたデータからは、基本的な組成のZnO 抵抗体に副成
分として添加されたPr、Co、Ca、K 、Cr、B およびAlの
影響が読み取れる。例えばPrの添加量を変えた試料No.1
44〜148 では、試料No.145〜147 の許容電力比が1より
大きいことから、適切なPr成分比としては、0.08〜5.0
原子%であることがわかる。同様にして、Coの添加量を
変えた試料No.139〜143 から適切なCo成分比としては、
0.1 〜10.0原子%、Caの添加量を変えた試料No.134〜13
8 から適切なCa成分比としては、0.1 〜1.0 原子%、K
の添加量を変えた試料No.129〜133 から適切なK 成分比
としては、0.01〜1.0 原子%、Crの添加量を変えた試料
No.124〜128 から適切なCr成分比としては、0.01〜1.0
原子%、B の添加量を変えた試料No.113〜118 から適切
なB 成分比としては、0.0005〜0.1 原子%、Alの添加量
を変えた試料No.119〜123 から適切なAl成分比として
は、0.0001〜0.05原子%であることがわかる。
From the combined data of the following samples Nos. 113 to 148 and the above No. 104, it was found that Pr, Co, Ca, K, Cr, B, and B added as auxiliary components to the ZnO resistor having the basic composition. The effect of Al can be read. For example, sample No. 1 in which the amount of added Pr was changed
In the case of 44 to 148, since the allowable power ratio of sample Nos. 145 to 147 is larger than 1, the appropriate Pr component ratio is 0.08 to 5.0
It can be seen that the content is atomic%. Similarly, from the sample Nos. 139 to 143 in which the amount of Co added was changed, as the appropriate Co component ratio,
Sample Nos. 134 to 13 with 0.1 to 10.0 atomic% and different amounts of Ca added
From 8 it is found that the appropriate Ca component ratio is 0.1-1.0 atomic%, K
From the sample Nos. 129 to 133 in which the addition amount of Cr was changed, the appropriate K component ratio was 0.01 to 1.0 at%, and the sample in which the addition amount of Cr was changed.
From No.124-128, a suitable Cr component ratio is 0.01-1.0
The appropriate B component ratio from the sample Nos. 113 to 118 in which the atomic% and the B addition amount were changed was 0.0005 to 0.1 atomic%, and the appropriate Al component ratio from the sample Nos. Is from 0.0001 to 0.05 atomic%.

【0027】すなわち、ホウ素を加えたこの例でも、C
a、Cr、Al、Sb等の添加量を上記範囲に限定することに
より、許容電力が大きく、しかもサージ耐量の大きいZn
O 抵抗体が得られた。なお、以上の実施例では副成分と
して添加する稀土類元素としてPrのみを示したが、Pr以
外の稀土類元素例えば、ランタン(La)、ネオジム(Nd)、
サマリウム(Sm)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)
等、あるいはこれらの複数の元素を用いても良い。ま
た、K はこの他にCsやRb、またはK 、Cs、Rbの同時添加
でもよく、Alはこの他にGaやIn、またはAl、Ga、Inの同
時添加としてもよい。それらの副成分を添加した組成系
においても、本発明の主眼である上述と同様の効果が得
られることが、別途実験の結果確かめられている。
That is, in this example in which boron is added,
By limiting the amount of addition of a, Cr, Al, Sb, etc. to the above range, Zn having a large allowable power and a large surge withstand capacity.
An O resistor was obtained. In the above examples, only Pr was shown as a rare earth element to be added as an auxiliary component, but rare earth elements other than Pr, for example, lanthanum (La), neodymium (Nd),
Samarium (Sm), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy)
Or a plurality of these elements may be used. In addition, K may be Cs and Rb, or K, Cs, and Rb may be simultaneously added, and Al may be simultaneously added of Ga, In, or Al, Ga, and In. It has been separately confirmed by experiments that the same effects as described above, which is the main feature of the present invention, can be obtained even in a composition system to which these subcomponents are added.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したようにZnO を主成分とし、
稀土類元素などその他の副成分を添加した基本組成に、
さらにBi、Sbを添加して焼成した本発明の電圧非直線抵
抗体は、酸素雰囲気焼結、熱処理等を必要とせず、電圧
非直線性等の諸電気特性を低下させることなく従来より
許容電力特性を増大させ、信頼性の優れた素子とするこ
とができる。
As described above, ZnO is the main component,
In addition to the basic composition to which other auxiliary components such as rare earth elements are added,
Furthermore, the voltage non-linear resistor of the present invention fired by adding Bi and Sb does not require sintering in an oxygen atmosphere, heat treatment, etc., and has a higher allowable power than before without reducing various electric characteristics such as voltage non-linearity. The characteristics can be increased and an element having excellent reliability can be obtained.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向江 和郎 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Kazuo Mukai 1-1, Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】酸化亜鉛を主成分とし、これに副成分とし
ていずれも金属元素の原子比で、少なくとも一種の稀土
類元素を総量で0.08〜5.0 原子%、コバルトを0.1 〜1
0.0原子%、カルシウムを0.1 〜1.0 原子%、カリウ
ム、セシウム、ルビジウムのうち少なくとも一種を総量
で0.01〜1.0 原子%、クロムを0.01〜1.0原子%、アル
ミニウム、ガリウム、インジウムのうち少なくとも一種
を総量で1×10-4〜5 ×10-2原子%、ビスマスを0.2 〜
1.5 原子%およびアンチモンを0.5〜2.0 原子%の範囲
で添加し、焼成してなることを特徴とする電圧非直線抵
抗体。
(1) Zinc oxide as a main component, and as an auxiliary component, at least one rare earth element in a total amount of 0.08 to 5.0 at.% And cobalt in a 0.1 to 1 at.
0.0 at%, calcium at 0.1-1.0 at%, potassium, cesium, at least one of rubidium in total amount of 0.01-1.0 at%, chromium of 0.01-1.0 at%, at least one of aluminum, gallium, indium at total amount 1 × 10 -4 to 5 × 10 -2 atomic%, bismuth 0.2 to
A non-linear voltage resistor characterized in that 1.5 atomic% and antimony are added in the range of 0.5 to 2.0 atomic% and fired.
【請求項2】副成分として金属元素の原子比で、ホウ素
を5 ×10-4〜1 ×10 -1原子%の範囲で添加して焼成して
なることを特徴とする請求項1または2に記載の電圧非
直線抵抗体。
2. The method according to claim 1, wherein the sub-component is an atomic ratio of a metal element.
5 x 10-Four~ 1 × 10 -1Add in the range of atomic% and bake
The voltage non-voltage according to claim 1 or 2,
Linear resistor.
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